作为最近几年的研究热点,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)以其易拓展、低开关功率及输出特性好等优点在柔性直流输电领域拥有广阔的发展前景。本文首先简单介绍了不同类型换流器的发展现状及特点,对MMC-HVDC系统作了详细描述,深入分析了MMC及其子模块的拓扑结构及运行原理,同时在dq坐标系下建立了等效模型,并详细阐明了 MMC-HVDC系统的控制结构及其换流站级控制的矢量控制方法。论文归纳了 MMC-HVDC系统各区域不同的故障类型,着重研究了换流站内部故障,尤其对子模块故障的起因、特性及影响作了深入分析。此外,对发生在桥臂电抗器、内部交直流输电线路处的典型故障进行了探讨,指出其在不同工况下会对系统运行造成不同影响。研究了 MMC调制策略,指出基于最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)的传统均压策略存在排序算法占用资源多、开关损耗大等缺陷,对此提出了一种改进的电容电压均衡控制策略,能够有效减少排序数量,同时可解决开关损耗问题。同时,提出附加冗余控制策略,将冗余与正常子模块区分开,只在越过预设的最低值时参与投切,降低了损耗,延长了其正常使用周期。深入研究了子模块及站内直流母线的保护策略。针对子模块故障提出了过流保护,并对冗余保护方案作了简单改进。对于站内直流母线的几种典型故障,提出了有效的保护方法:单极接地时采用常规措施即可;双极短路故障时采取过流保护;断线故障时通过系统控制器实现功率翻转,避免整流侧采用定有功功率控制时出现过电压,对输电线路等造成损坏。